⚡ 자석을 움직이자 전류가 생겼다

전동기를 거꾸로 돌리면 발전기 — 전자기 유도 3D 실험실 (다음 학년 예고편)

자석을 코일에 넣었다 뺐다 해 보자

🖱️ 자석을 드래그하거나 아래 슬라이더를 움직여 보세요 · 화면 드래그 = 시점 회전
자석이 움직이는 동안에만 검류계 바늘이 움직입니다.
검류계 (유도 전류)
◀ 왼쪽오른쪽 ▶ 0 (안 흐름)

바늘이 어느 쪽으로?

다가올 때멀어질 때
N극이
코일 쪽		◀ 왼쪽오른쪽 ▶
S극이
코일 쪽		오른쪽 ▶◀ 왼쪽
자석을 움직이면 지금 어느 칸인지 노랗게 표시됩니다.
① 왜 전류가 생길까?
코일을 지나는 자기장이 변할 때, 코일에는 전류가 유도됩니다. 자석이 멈추면 — 자기장이 변하지 않으니 — 전류도 0. '자석이 있다'가 아니라 '자기장이 변한다'가 핵심!
② 세기와 방향의 규칙
빠르게 움직일수록 전류가 세고, 다가올 때와 멀어질 때, N극과 S극일 때 전류의 방향이 서로 반대입니다. 검류계 바늘이 좌우로 갈리는 이유예요.
③ 전동기와 발전기는 쌍둥이
전동기: 전류를 넣으면 → 코일이 돈다.
발전기: 코일을 돌리면 → 전류가 나온다. 같은 장치를 거꾸로 쓰는 것! 발전소의 터빈이 하는 일이 바로 이것입니다.

🧪 교실에서 해 보기 — 유도 전류를 손으로 느끼기

3D로 본 것을 실물로 확인하는 세 가지실험 이름을 누르면 준비물과 방법이 펼쳐집니다.

1

구리관 속에서 천천히 떨어지는 자석

교실에서 직접
🧰 준비물 · 구리관 또는 알루미늄관 50 cm(철물점), 관에 들어가는 네오디뮴 자석, 같은 크기의 쇠나사·추, 초시계
  1. 관을 세우고, 먼저 추를 떨어뜨려 시간을 잽니다 — 눈 깜짝할 사이죠.
  2. 이번엔 자석을 같은 높이에서 떨어뜨리고 시간을 잽니다.
  3. 관 밖에서 자석을 떨어뜨린 것과도 비교해 보세요.
  4. (가능하면) 관을 세로로 길게 갈라 놓은 것에서도 해 봅니다.

👀 여기를 보세요 — 자석이 몇 초에 걸쳐 천천히, 그것도 거의 일정한 속도로 내려옵니다. 구리는 자석에 붙지도 않는데 말이죠.

왜 그럴까?
자석이 관 속을 지나가면 관의 각 부분에서 자기장이 변합니다. 자기장이 변하면 전류가 생기죠 — 오늘 배운 그것입니다.
관에 생긴 이 전류(맴돌이 전류)가 또 다른 자석을 만드는데, 그 방향이 하필 자석의 움직임을 방해하는 쪽입니다. 다가오면 밀어내고, 멀어지면 붙잡죠.
그래서 자석은 브레이크를 밟은 것처럼 천천히 내려옵니다. 갈라 놓은 관에서는 전류가 고리를 못 이뤄 빨리 떨어져요 — 전류가 원인이라는 결정적 증거입니다.
놀이공원 자이로드롭이 마지막에 부드럽게 멈추는 것도 바로 이 원리입니다.

💡알루미늄관도 됩니다(구리보다 조금 덜 극적). 철관은 안 됩니다 — 자석이 그냥 달라붙어요.

⚠️네오디뮴 자석은 손가락이 끼면 크게 다칩니다. 관 아래에 손을 두지 말고, 개수를 세어 회수하세요.

2

흔들어 켜는 손전등

교실에서 직접
🧰 준비물 · 자가발전(흔드는) 손전등 — 가능하면 속이 비치는 모델
  1. 천천히 10번 흔든 뒤 켜 봅니다.
  2. 빠르게 10번 흔든 뒤 켜 봅니다.
  3. 속이 비치면 흔들 때 무엇이 무엇을 지나가는지 관찰합니다.
  4. 흔들기를 멈추고 1분 뒤에도 켜지는지 확인합니다.

👀 여기를 보세요 — 빠르게 흔들수록 밝습니다. 그리고 흔들기를 멈춰도 한동안은 켜져 있어요.

왜 그럴까?
속을 보면 자석이 코일 속을 왕복하고 있습니다. 자석이 코일을 지나갈 때만 자기장이 변하고, 그때만 전류가 생기죠.
빠르게 흔들수록 자기장이 더 급격히 변해서 전류도 커집니다 — 3D 실험실에서 자석을 빨리 넣었을 때 검류계 바늘이 크게 흔들리던 것과 같아요.
멈춰도 한동안 켜지는 건, 만들어진 전기를 축전기에 모아 두었기 때문입니다. 2차시의 라이덴병, 기억나나요?
3

종이를 깔아도 종이는 타지 않는다 — 인덕션

영상으로

👀 여기를 보세요 — 인덕션 위에 종이를 깔고 그 위에 냄비를 올렸는데, 물은 끓는데 종이는 멀쩡합니다.

📺 유튜브에서 찾기 — «인덕션 종이 실험»
왜 그럴까?
인덕션 안에는 코일이 있고, 거기에 아주 빠르게 변하는 전류가 흐릅니다. 그러면 그 위 냄비 바닥에 유도 전류가 생기고, 그 전류가 냄비 자체를 뜨겁게 만들어요.
열이 냄비 안에서 생기는 것이라, 인덕션 표면도 종이도 데워질 이유가 없습니다.
그래서 인덕션에는 아무 냄비나 못 올립니다. 유리 냄비는 전류가 생기지 않으니 영원히 차가워요. 집에 있는 냄비 바닥에 자석을 대 보세요 — 붙으면 인덕션에서 쓸 수 있습니다.

⚠️인덕션 실물로 시도한다면 화상에 주의하세요. 냄비와 표면은 매우 뜨겁습니다. 영상으로 보는 것을 권합니다.

🎬 선이 닿지 않았는데 전구가 켜진다

👀 두 코일 사이에 아무것도 없습니다. 무엇이 건너간 걸까?
영상이 안 보이면 인터넷 연결을 확인하세요 · 유튜브에서 바로 보기 →

🎬 그래서 무선 충전이 됩니다

👀 방금 본 실험이 여러분 휴대폰 충전기 안에서 매일 일어나고 있습니다.
영상이 안 보이면 인터넷 연결을 확인하세요 · 유튜브에서 바로 보기 →

🏭 발전소는 결국 코일을 돌린다

풍력·수력·원자력·화력 — 이름은 다 다르지만 하는 일은 똑같습니다. 방금 여러분이 손으로 돌린 그 코일을, 무엇으로 돌리느냐만 다를 뿐이에요.
바람으로 돌리면 풍력, 물로 돌리면 수력, 물을 끓인 수증기로 돌리면 화력·원자력·태양열입니다.

🎬 먼저 — 발전기는 이렇게 생겼습니다

👀 방금 3D에서 본 것과 무엇이 같고 무엇이 다른가?
유튜브에서 바로 보기 →

🎬 ① 바람으로 돌리면 — 풍력

👀 바람은 무엇을 돌리고, 그 끝에는 무엇이 있을까?
유튜브에서 바로 보기 →

🎬 ② 물로 돌리면 — 수력 (직접 만들기)

👀 개울물만으로도 전기가 됩니다. 무엇이 코일을 돌리고 있나?
유튜브에서 바로 보기 →

🎬 ③ 수증기로 돌리면 — 원자력

👀 핵분열의 열이 곧바로 전기가 되는 게 아닙니다. 중간에 무엇이 끼어 있을까?
유튜브에서 바로 보기 →

🎬 ④ 햇빛의 열로 돌리면 — 태양열

👀 거울로 모은 햇빛이 무엇을 끓이고, 그 수증기는 무엇을 돌릴까?
유튜브에서 바로 보기 →

🤔 네 영상의 공통점 찾기

· 네 발전소 모두 마지막에 같은 장치가 있습니다. 무엇일까요?
· 태양광(태양전지)은 이 무리에 낄까요, 안 낄까요? — 태양광은 빛이 곧바로 전기가 되어 코일을 돌리지 않습니다. 유일한 예외예요.
· 그렇다면 전기를 아껴 쓰는 일이 왜 환경과 이어질까요?